第十七章 细胞分化与基因调控 王玉娟
细胞分化与基因调控王玉娟
第一节 细胞分化的基本概念
例如，成熟红细胞中间凹陷，呈圆盘状，无核，产生血红蛋白，具有携带氧和二氧化碳的功能；神经细胞多突起，产生神经递质，具有传导信息的功能。这些都是典型分化细胞的标志。
个体 组织、器官、系统 细胞分化示意图
脊椎动物的发育从受精开始
脊椎动物的发育
A
胚泡进入子宫内膜层的过程叫做，植入。
人体胚胎干细胞及其他干细胞的生物学医学意义 在动物出生后，成体的许多组织都保留有一部分未分化的细胞，一旦需要，这些细胞便可按发育途径，先进行细胞分裂，然后经过分化产生分化细胞。机体中这部分未分化的细胞就叫干细胞。
干细胞的特点：
干细胞本身不是终末分化细胞
无限分裂 干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中选择其一，或保持亲代特征，仍作为干细胞，或不可逆地向终末分化。
第三节 细胞分化的外在影响因素
位置信息在细胞分化中的意义 在组织、器官的建成中，细胞受到某种指令的控制，从而使动物躯体的组织、器官的大小、形态受到控制。在特化区域中，细胞生长在空间上的局限性对形态发生具有重要作用，可使特化的组织器官保持一定大小的形态和空间位置。因此，位置信息就是使细胞能正确的按发育指令进行形态构建。
第二节 胚胎细胞的分化 三 核质的相互作用 真核细胞的基因是和蛋白质结合的，以染色质的形态存在于细胞核内，其中，组蛋白对蛋白的表达具有抑制作用，没有组织特异性；非组蛋白对蛋白表达有组织特异性，可以使基因解除抑制，表达转译出相应的蛋白质。由于细胞核的内环境不同，在非组蛋白的作用下，一些基因开放，一些基因被抑制。
胚胎诱导对细胞分化的作用 在动物胚胎发育过程中，一个细胞与邻近细胞的相互作用，在细胞分化中起着重要作用。各胚层之间能相互促进细胞分化和组织器官发生，这种现象称为胚胎诱导，一般发生在内胚层和中胚层或外胚层和中胚层之间。
分子生物学研究揭示基因调控与细胞分化的关系
分子生物学研究揭示基因调控与细胞分化的关系在分子生物学的领域中，研究人员通过对基因调控和细胞分化的探索，深入理解了二者之间的紧密关系。
基因调控是指如何通过调节基因的表达来控制细胞的生理功能和发展过程，而细胞分化则是指细胞从一种类型向另一种类型的特化过程。
本文将探讨分子生物学研究如何揭示基因调控与细胞分化之间的关系。
一、基因调控与细胞分化基因调控是指在细胞内，通过一系列的调控机制和信号传递网络，调节基因的表达水平和模式，从而控制细胞的分化和功能。
在细胞分化过程中，细胞内的多个基因同时被调控，以实现特定细胞类型的形成和功能的发展。
二、转录因子的调控作用在基因调控的过程中，转录因子起到了重要的作用。
转录因子是一类与DNA序列特异性结合的蛋白质，通过与DNA结合来激活或抑制相应基因的转录。
在细胞分化中，不同的细胞类型表达不同的转录因子，它们通过特异性结合到目标基因的调控区域，来调控基因的表达。
三、表观遗传学调控基因表达除了转录因子的作用外，表观遗传学也在基因调控中发挥着重要的作用。
表观遗传学是指通过修改染色体和DNA分子上的化学标记，来调控基因的表达水平和模式，而不改变DNA序列本身。
这些化学标记包括DNA甲基化和组蛋白修饰等，在细胞分化过程中发挥重要的调控作用。
四、非编码RNA的调控机制除了传统意义上的蛋白质和基因的相互作用外，分子生物学的研究还发现了一类新型的调控机制，即非编码RNA的调控机制。
非编码RNA是指转录为RNA但不被翻译成蛋白质的RNA分子。
研究表明，非编码RNA在基因调控和细胞分化中发挥着重要的作用，包括转录调节、剪接调控和染色质重塑等。
五、基因调控与细胞分化的关系通过对基因调控和细胞分化的研究，我们可以看到二者之间的紧密关系。
基因调控通过调节基因的表达来控制细胞的生理功能和发展过程，而细胞分化则是基因调控的结果。
特定的基因调控模式决定了细胞的分化方向和类型，不同类型的细胞通过特定的基因调控机制来实现其特定的功能。
植物生殖系统中细胞分化与功能分化的调控
植物生殖系统中细胞分化与功能分化的调控植物一般通过体细胞分裂来扩大自己的体积生长，但对于生殖生长的需求以及修复或再生组织的需要就必须经过细胞分化与功能分化的调控过程。
植物细胞分化是指细胞转化为一个或几个不同类型细胞的过程，可分为表观遗传调控和基因调控两种模式。
功能分化则是细胞在细胞分化后针对环境与外界不同刺激形成不同的表型和效应。
一、植物细胞分化的表观遗传调控表观遗传学是因为生物所处环境而导致的基因表达变化，而其变化不影响DNA序列。
在这项控制中，常见的是DNA和细胞质内蛋白包裹着染色质，包括历史遗传和可逆性的介导因素，这些因素能够索取染色质或基因启动子结构，调节细胞基因的表达和分化。
那么具体有哪些遗传因素介导细胞分化呢？1.染色质重塑因子染色质重塑因子能改变染色质结构，也就是从紧密到松散的结构转变，从而实现对基因的可读性和可接近性的变化。
在植物细胞分化过程中，染色质重塑因子包括SPT-Ada-Gcn5-acetyltransferase（SAGA）和Vernalization2（VRN2）等。
SAGA是一类能够通过改变抗体（AT）伸长因子以及LPS1（LOW PHOTOTROPIC RESPONSE）的表达，从而改变叶绿体信号转导通路响应以及被赋予光感应的细胞生长类别的组蛋白修饰因子。
VRN2被鉴定出能重塑染色质结构的种类，VRN2并不参与直接地调节SVP （SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1）转录因子的抗氧化性。
2.染色质勘测因子染色质勘测因子是表观遗传调控的主要介质之一，能够勘测DNA序列，并进一步调控基因表达。
植物中，常见的勘测因子有GAMMA-H2A-INTERACTING AND STEM-LOOP-BINDING PROTEIN（GAS）和MEC3。
GAS蛋白能够找到个别的分化基因，进而引发细胞分裂和分化的活动。
而MEC3蛋白主要参与DNA损伤反应与监测、染色质修饰通路等。
细胞生物学与基因表达调控
细胞生物学与基因表达调控第一章：细胞的基本结构和功能细胞是生物体的基本结构和功能单位。
在细胞中，许多复杂的生物化学反应和分子相互作用发生，使得细胞能够完成各种生物学功能。
细胞主要由细胞膜、细胞质、细胞核以及各种细胞器组成。
细胞膜起着界定细胞内外环境的作用，细胞质中存在着多种细胞器和细胞骨架，细胞核则包含DNA和RNA，参与基因表达调控。
第二章：基因的表达调控基因是生物体遗传信息的基本单位，通过基因的表达调控，生物体能够实现个体发育、细胞分化和适应环境变化等生物学过程。
基因的表达调控主要包括转录水平的调控和翻译后调控。
转录水平调控主要通过转录因子的结合与启动子区域的相互作用，调控基因的转录过程。
翻译后调控主要涉及到RNA的剪接、修饰和降解等过程。
第三章：转录调控的机制转录调控是基因表达的关键步骤，其中包括启动子结合复合物的形成、染色质的构象转变和转录过程的调节等。
通过转录因子的结合，启动子结合复合物能够在合适的条件下结合到启动子区域，从而激活或抑制基因的转录。
此外，染色质构象的转变也参与了基因的表达调控。
例如，染色质的开放状态促进转录的进行，而染色质的紧密结构则抑制转录的进行。
第四章：翻译后调控的机制翻译后调控是指在翻译过程中对RNA进行的各种修饰和调控。
这些修饰包括剪接、RNA的化学修饰、RNA的降解等。
剪接是指原始转录产物的部分区域的删除或保留，从而导致不同的mRNA亚型的形成。
这样，不同的mRNA亚型能够编码不同的蛋白质，并参与细胞的调控过程。
此外，RNA还会经历多种的化学修饰，如甲基化和磷酸化等，这些修饰过程也能够影响RNA的功能和稳定性。
第五章：细胞周期与基因表达调控细胞周期是细胞生物学中一个重要的过程，包括有丝分裂和无丝分裂。
在细胞周期中，基因表达调控起着关键作用。
细胞周期的各个阶段都需要特定的基因表达调控机制，以保证细胞能够有序地进行DNA复制、染色体分离和细胞分裂等过程。
这种基因表达调控的异常可能导致细胞周期的紊乱和疾病的发生。
细胞分化与基因调控王玉娟
第二节 胚胎细胞的分化
一 胚胎细胞分化的潜能与决定
在发育过程中，各器官的预定区逐渐出现， 细胞分化的潜能进一步局限化。此时的细胞具 有演变成多种表型的能力，称为多能细胞。再 进一步就是向专能稳定型分化。因此细胞决定 是发育潜能逐渐局限化的过程，即选择基因表 达的过渡阶段，此时细胞虽然还没有可分辨的 分化特征，但已具备向某一特定方向分化的能 力。
第二节 胚胎细胞的分化
一 胚胎细胞分化的潜能与决定
但事实上，并非胚胎早期细胞能随意分化 成某一细胞类型或组织，细胞只能按照已 做出的发育选择，向决定的方向分化。
第二节 胚胎细胞的分化
一 胚胎细胞分化的潜能与决定
在胚胎3胚层形成后，随着细胞 空间关系和微环境的差异，各胚层细 胞的发育去向就已经决定下来了。这 些细胞分化潜能被局限化，只，呈圆盘状，无核，产生血红 蛋白，具有携带氧和二氧化碳的功能；神经细胞多突起， 产生神经递质，具有传导信息的功能。这些都是典型分化 细胞的标志。
细胞分化示意图
组织、器 官、系统
个体
脊椎动物的发育从受精开始
• 卵细胞含有供形成胚胎所需的营养成分，受精触发后，精 子只提供小而致密的核，称为雄性原核，与雌性原核融合
• 受精卵的早期分裂称为卵裂 • 受精后30h，受精卵向子宫方向移动，并迅速进行卵裂 • 约在第三天，卵裂球形成由12-16个细胞，形似桑葚的桑
椹胚 • 当细胞由32-64个细胞组成时，桑椹胚内逐渐形成空隙，
形成中空的球形结构，叫胚泡
• 胚泡阶段，可以明显区分两种类型的细胞，胚极滋养层和 内细胞团
脊椎动物的发育
第二节 胚胎细胞的分化 二 细胞质的作用
• 决定子在卵母细胞中已经形成，受精卵在数次卵裂过程中 ，决定子一次次的重新改组，分配。卵裂后决定子的位置 固定下来，并分配到不同的细胞中，子细胞便产生差别。
细胞分化与发育的调控研究
细胞分化与发育的调控研究细胞分化和发育是多细胞生物从单一的原始细胞发展而来的重要过程。
这些过程由许多生理过程和遗传和表观遗传调控相互作用而成。
细胞分化是指由单一的多能干细胞分化出各种不同类型细胞的过程。
而发育是多细胞生物从胚胎到成熟的生长发展过程。
为了理解细胞分化和发育，学者们积极探索细胞分化和发育的调控机制及其相互作用。
一、细胞分化的调控细胞分化的调控涉及到基因调控和表观遗传调控。
基因调控主要包括转录因子、增强子和隐蔽子的作用。
转录因子是一类专门调节转录过程的蛋白质，可以经由结合到DNA上来启动或抑制转录。
增强子是一类DNA上的无限制序列/元件，与转录因子结合和协同作用以启动或增强转录。
隐蔽子是指位置存在于编码区和非编码区之间的区域，被甲基化或者没有可能表明会影响基因的转录活性。
另一方面，表观遗传调控是指细胞外部和内部信号作用下，影响与核酸相互作用的蛋白质修饰和染色体重塑造等调节方式。
这些调节方式可以改变DNA可访问性以及基因表达模式。
表观遗传调控的调节方式包括翻译后修饰（如甲基化、磷酸化等）、组蛋白变构和染色体序列本身。
二、发育调控的关键控制因素发育涉及一系列生物化学和基因调控事件，这些事件共同决定多细胞生物的成长和发育。
在这个过程中，信号分子和转录因子扮演着关键的角色，协同作用来控制细胞增殖和分化。
以下是一些与发育调控相关的关键控制因素：1、信号通路信号通路是通过细胞内部或外部信息的传递作用来控制生命过程的化学和生物过程。
这些信号通路可以被类似激素的分子作为信号素分子来激活，或者由外界环境因素直接刺激启动。
这些信号通路直接参与细胞增殖和分化的控制。
2、转录因子转录因子是通过绑定DNA序列从而控制转录的蛋白质。
许多转录因子在发育过程中通过协同作用调控基因转录，从而实现组织、器官、器官系统等的分化和生长发育。
3、非编码RNA非编码RNA是指转录过程中没有直接翻译成蛋白质的RNA。
这些RNA在发育过程中扮演着重要角色，参与基因表达和信号传递的调控。
遗传物质的表观遗传与细胞分化调控
遗传物质的表观遗传与细胞分化调控在生物学领域中，表观遗传和细胞分化调控是两个重要的概念。
表观遗传指的是在基因组DNA序列不发生改变的情况下，通过DNA和蛋白质的化学修饰以及染色质结构的调控来影响基因的表达。
而细胞分化调控则是指细胞在发育过程中逐渐分化为不同类型细胞的过程。
本文将探讨遗传物质的表观遗传对细胞分化调控的重要性以及相关的调控机制。
一、表观遗传的基本概念表观遗传是指在细胞分化和发育过程中，通过影响染色质的状态以及基因的表达来传递给后代的遗传信息。
在表观遗传中，最常见的修饰方式包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA的参与等。
这些修饰可以影响基因座的可及性，从而决定细胞是否表达某个基因。
二、DNA甲基化与表观遗传DNA甲基化是表观遗传中最重要也是最常见的一种修饰方式。
它通过将甲基基团添加到DNA分子上的胞嘧啶环上来实现对基因的调控。
DNA甲基化可以抑制转录因子的结合，进而影响基因的表达。
在细胞分化过程中，不同类型的细胞会表现出不同的DNA甲基化模式，从而决定其细胞特化的方向。
三、组蛋白修饰与表观遗传组蛋白修饰是通过对组蛋白的特定位点进行化学修饰来调控基因的表达。
常见的组蛋白修饰方式包括乙酰化、甲基化、磷酸化等。
这些修饰可以改变染色质的结构，使得基因转录因子能够更容易地与DNA结合，从而促进或抑制基因的表达。
细胞分化过程中，不同类型的细胞会表现出特定的组蛋白修饰模式，从而决定其细胞命运的确定。
四、非编码RNA与表观遗传非编码RNA（non-coding RNA）是指不能编码蛋白质的RNA分子。
研究发现，非编码RNA在表观遗传中扮演着重要的角色。
例如，miRNA是一类短小的非编码RNA分子，它们可以与靶基因的mRNA结合并诱导其降解或抑制翻译过程，从而调控基因的表达。
miRNA的表达模式在细胞分化过程中也会发生变化，从而对细胞的特化发挥着重要作用。
五、表观遗传与细胞分化调控的关系表观遗传在细胞分化调控中发挥着重要的作用。
细胞分化与基因表达调控
受精卵内具有个体发育的全部遗传信息,个体是细胞在生长与分裂的基础上，经不断分化发育而来。
第十三章细胞分化与基因表达调控●细胞分化●干细胞●癌细胞●真核基因表达调控思考1.细胞分化是否意味着细胞中遗传物质发生改变？为什么?遗传物质没有改变，不同组织的细胞共同来源于受精卵，经有丝分裂产生。
如果只有细胞增殖，没有细胞分化，就只能形成一细胞团，而不能形成人体。
思考2. 同样来自一个受精卵，且每个细胞都携带有相同的遗传信息，为什么还会出现差异?细胞分化的关键：由于基因的选择性表达，合成特异性蛋白质，导致形态、结构和功能各异的细胞。
分化的主要标志：细胞内开始合成新的特异性蛋白质。
细胞分化是个体行使正常功能的保证。
●本质：细胞的基因组相同，但表达谱不同；使细胞能行使不同的功能（分工）；●核心：基因是如何有序表达的？（调控）。
第一节细胞分化与个体发育一、基本概念细胞分化（c e l l d i f f e r e n t i a t i o n）：●在个体发育中，由同一种类型的细胞经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。
●是个体发育的基础和核心。
血红蛋白由四条链组成，两条α链和两条β链，每一条链有一个包含一个铁原子的环状血红素。
氧气结合在铁原子上，被血液运输。
二、细胞分化的特点１．稳定性：即在正常生理条件下，细胞的分化状态一旦确定，将终生不变，既不能逆转也不能互变。
如：离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细胞，而不会变成其他类型的细胞。
2、去分化：在特定条件下，高度分化的细胞可以重新分裂而回得到胚性细胞状态，这种现象叫做去分化(dedifferentiation) 。
1958年Steward用胡萝卜根培养出完整的新植株，说明已经高度分化的细胞可以重新分裂而回得到胚性细胞状态，这种现象叫做去分化或称脱分化，然后通过再分化形成根茎，最终发育成完整的新植株。
3、转分化和再生4、细胞分化具有时间性和空间性●单细胞生物：时间性●多细胞生物：时间性＋空间性●时间性：指不同的发育时间内细胞之间的差异。
第十七章细胞分化与基因调控王玉娟ppt课件
细胞分化与基因调控
细胞分化与基因调控
第一节 细胞分化的基本概念 第二节 胚胎细胞的分化 第三节 细胞分化的外在影响因素 第四节 细胞分化的基因表达 第五节 细胞分化与癌变
第一节 细胞分化的基本概念
细胞分化是指胚胎细胞分裂后未定型 的细胞，在形态和生化组成上向专一性 或特异性方向分化，或由原来较简单、 具有可塑性的状态向异样化稳定状态进 行分化的过程。
第三节 细胞分化的外在影响因素
三 激素对细胞分化的调节作用
在胚胎细胞发育早期，邻近细胞间的 相互作用可诱导细胞分化；发育晚期， 细胞分化还受到激素的调节。激素由血 液循环输送到不同部位，影响细胞分化 ，所以远距离的作用主要依靠激素。
第三节 细胞分化的外在影响因素
三 激素对细胞分化的调节作用
l 由于激素是在发育后期产生作用的，因此，激素所 引起的反应是按预先决定的分化程序进行的，主要是 引发靶细胞进行分化。例如，蝌蚪的发育，蝌蚪生活 末期，腺垂体细胞在下丘脑分泌甲状腺素的影响下， 向血液中分泌甲状腺素。甲状腺素对尾部可促进组织 破坏，尾部退化，最后完全被吸收，对肢芽，甲状腺 素则可促进其生长和分化。
第二节 胚胎细胞的分化
三 核质的相互作用
因此，核和质的作用是相互依 存不可分割的，一方面细胞核中的基 因对胞质的代谢起调节作用，另一方 面细胞质对核内基因的活性有控制作 用。
第二节 胚胎细胞的分化
三 核质的相互作用
• （一）细胞质对细胞核的作用 细胞分化过程中，细胞核的遗传潜力，即
核基因的活性，受核所在的胞质环境的控制。如， 鸡红细胞和Hela细胞融合后，鸡的红细胞核被重 新激活。
• 定向干细胞与多功能干细胞不同，是各系的母细胞。其特 点如下：
细胞分化的分子机制与调控
细胞分化的分子机制与调控细胞是生命活动的基本单位，通过不断地分化形成各种组织和器官，构成完整的生物体。
细胞分化是一个复杂的过程，涉及到多种分子机制和调控。
本文将对细胞分化的分子机制和调控进行探讨。
一、基因转录调控细胞分化的一个重要机制是基因转录调控。
在转录过程中，DNA 的序列被转录成 mRNA，然后进入翻译作用，形成相应的蛋白质。
细胞分化过程中，不同基因的转录水平会发生变化，促进或抑制某些信号通路的启动，影响细胞分化的方向和速度。
在基因转录调控中，转录因子和表观遗传标记是两个重要的分子。
转录因子是一类特殊的蛋白质，具有结合DNA的能力，进而调节基因的启动。
表观遗传标记包括DNA甲基化和组蛋白修饰等，它们的存在与否可以直接影响某些基因的表达。
二、信号通路的调控细胞分化还受到多种信号通路的调控。
信号通路是细胞内外不同分子之间传递信息的系统，包括内分泌、细胞因子、神经传递物质等。
信号通路通过激活或抑制转录因子的活动，进而影响细胞分化。
例如，轴突导向在神经细胞分化中起重要作用。
神经因子通过引导轴突生长方向，确认神经元在神经网络中的位置和连接方式。
分泌的神经因子与其受体在神经细胞表面结合，激活下游信号通路，最终导致细胞生长和分化。
三、发育过程的调控细胞分化还受到发育过程的调控。
发育过程是指受精卵到成熟个体形成的整个生命阶段，其中包括分化、增殖、迁移和凋亡等过程。
发育过程中，细胞分化的方向受到祖细胞、邻近细胞和环境因素的调控。
祖细胞是指能够分化成各种细胞类型的未定向细胞，有时也称干细胞。
干细胞具有自我更新和分化为多个细胞类型的潜能，是研究细胞分化调控的热门领域之一。
邻近细胞的影响包括局部细胞间的信号通路和运输、细胞矩阵相互作用等。
环境因素如温度、pH值、氧气含量等也可影响分化。
四、结论细胞分化的分子机制和调控非常复杂，包括基因转录调控、信号通路的调控、发育过程的调控等多个维度。
不同类型的细胞分化所需的分子机制和调控可能大有不同，还有很多未知的领域值得我们的深入研究。
《细胞生物学》教学课件：第14章-细胞分化及调控
环境 基因表达 细胞分化 性状（e.g., 癌） 斑马鱼：密度大，营养差时，多发育为雄性；反之，发育为 雌性。
⑥ 染色质变化和基因重排
例子 a. 马蛔虫：染色体消减现象（特例）
b. 纤毛虫（生殖核和营养核）：
营养核 DNA丢失 DNA重排和多倍化（专化）
c. 浆细胞由B淋巴细胞分化而来：DNA断裂和重排导
正反馈途径，细胞接受信号刺激后，活化转录调节因子
染色质结构变化（DNA与蛋白相互作用的信息）传到
子代细胞
32
④ 细胞质的影响
• 受精卵的细胞质不均一性和不均等卵裂 • 细胞增殖过程中产生不均等细胞的方式
细胞分化的影响因素
隐蔽mRNA
33
卵 细 胞 质 分 布 的 不 对 称 性
34
细胞分化的影响因素
40
肿瘤大体形态
乳 头 状
41
肿瘤大体形态
蕈 伞 状
42
肿瘤大体形态
分 叶 状
43
肿瘤大体形态
结 节 状
44
肿瘤大体形态
溃 疡 状
45
肿瘤大体形态
囊 状
46
鸡马立克氏病
鸡马立克氏病是由Ⅱ群疱疹病毒引起鸡的 一种肿瘤性疾病。主要特征是鸡的外周神 经、性腺、内脏、眼的虹膜、肌肉和皮肤 等部位发生淋巴细胞浸润和形成肿瘤病灶。 本病多发于2月龄以上的鸡。
（1）从芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取出乳腺细胞，将其放 入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止了分裂，此细胞称 之为供体细胞；
（2）给一头苏格兰黑面母绵羊注射促性腺素，促使它排卵， 取出未受精的卵细胞，并立即将其细胞核除去，留下一个无 核的卵细胞，此细胞称之为受体细胞；
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第四节 细胞分化的基因表达
细胞分化使同一来源的细胞产生形态 结构、生化特性、生理功能上的差异。 从分子水平来看，这是由于特定基因 活化的结果。特定基因表达后合成某些 特异性蛋白质，执行特殊功能，因此， 细胞分化的问题在本质上就是基因表达 调控的问题。实际上，并非细胞中所有 基因都参与细胞分化过程。
• 定向干细胞与多功能干细胞不同，是各系的母细胞。其特 点如下： • 1，定向干细胞已有所分化，失去多方向分化的能力，只 能向一系或相关的两系分化； • 2，增殖能力不是无限的，只能分裂数次； • 3，在定向干细胞上，有对某种调节因子起反应的结构。 如，在原红细胞上，有促红细胞生成素受体，在促红细胞 生成素的作用下，可经分化的原始，幼稚，成熟阶段，形 成成熟的红细胞。其他种类的定向干细胞则没有相应结构 ，不能分化成红细胞。
第二节 胚胎细胞的分化 二 细胞质的作用
• 决定子在卵母细胞中已经形成，受精卵在数次卵裂过程中 ，决定子一次次的重新改组，分配。卵裂后决定子的位置 固定下来，并分配到不同的细胞中，子细胞便产生差别。
第二节 胚胎细胞的分化
三 核质的相互作用
细胞质通过氧化磷酸化和无氧酵解为 细胞提供了大部分能量，其中核糖体 还含有几乎全部蛋白质合成所需要的 组装。 细 胞 核 可 提 供 mRNA 和 其 他 核 酸 分 子 （tRNA和rRNA）的合成模板。
第二节 胚胎细胞的分化
三 核质的相互作用
因此，核和质的作用是相互依 存不可分割的，一方面细胞核中的基 因对胞质的代谢起调节作用，另一方 面细胞质对核内基因的活性有控制作 用。
第二节 胚胎细胞的分化
三 核质的相互作用
• （一）细胞质对细胞核的作用 细胞分化过程中，细胞核的遗传潜力，即核 基因的活性，受核所在的胞质环境的控制。如， 鸡红细胞和Hela细胞融合后，鸡的红细胞核被重 新激活。
脊椎动物的发育
胚泡进入子宫内膜层的过程叫做，植入。 植入中的胚泡，逐渐形成3层，其中， 外胚层 表皮，神经组织， 中胚层 真皮，骨骼，肌肉，心脏，血管，血细胞， 结缔组织 • 内胚层 肺，肝，胰，消化道上皮等内脏器官 • • • •
第一节 细胞分化的基本概念
细胞分化是基因选择性表达的结果。 换句话说，基因表达的差异形成形态、 功能各异的细胞。 从分子水平上看，细胞分化意味着 机体内不同细胞中有不完全一致的基因 活性，而表现为某些特异性蛋白质的合 成。
第三节 细胞分化的外在影响因素
三 激素对细胞分化的调节作用
在胚胎细胞发育早期，邻近细胞间的 相互作用可诱导细胞分化；发育晚期， 细胞分化还受到激素的调节。激素由血 液循环输送到不同部位，影响细胞分化， 所以远距离的作用主要依靠激素。
第三节 细胞分化的外在影响因素
三 激素对细胞分化的调节作用
l 由于激素是在发育后期产生作用的，因此，激素所 引起的反应是按预先决定的分化程序进行的，主要是 引发靶细胞进行分化。例如，蝌蚪的发育，蝌蚪生活 末期，腺垂体细胞在下丘脑分泌甲状腺素的影响下， 向血液中分泌甲状腺素。甲状腺素对尾部可促进组织 破坏，尾部退化，最后完全被吸收，对肢芽，甲状腺 素则可促进其生长和分化。
三 核质的相互作用
• （二）细胞核对细胞质的作用 在细胞分化过程中，细胞核起着重要的作用 因为遗传物质存在于细胞核中，生物的任何性状 的出现均是由遗传物质决定的。分化细胞之所以 能合成特异的蛋白质，就是由于细胞核内基因组 的选择性表达，这是细胞分化的基础。
第二节 胚胎细胞的分化 三 核质的相互作用 • 真核细胞的基因是和蛋白质结合的，以染色质的 形态存在于细胞核内，其中，组蛋白对蛋白的表 达具有抑制作用，没有组织特异性；非组蛋白对 蛋白表达有组织特异性，可以使基因解除抑制， 表达转译出相应的蛋白质。由于细胞核的内环境 不同，在非组蛋白的作用下，一些基因开放，一 些基因被抑制。
第二节 胚胎细胞的分化 三 核质的相互作用
• 鸡的红细胞是终末分化细胞，DNA和RNA 的合成 能力很低。它与Hela 细胞杂交形成的异核体中， 红细胞核的体积扩大20倍，染色质分散，DNA和 RNA的合成能力增高并出现核仁，基因表达也被 激活。说明基因表达的激活是Hela细胞质调节的 结果
第二节 胚胎细胞的分化
细胞分化可以出现在生物体的整 个生命过程中，但分化最重要的时期 是胚胎期，此时，细胞分化的表现最 典型、最迅速，并且受许多因素的影 响。
第二节 胚胎细胞的分化
一 胚胎细胞分化的潜能与决定
细胞做出的发育选择称为细胞决定。 在生物体发育的早期阶段，所有细胞都 有发育成不同组织或细胞类型的潜能， 这种潜能称为全能性。
• 例如，成熟红细胞中间凹陷，呈圆盘状，无核，产生血红 蛋白，具有携带氧和二氧化碳的功能；神经细胞多突起， 产生神经递质，具有传导信息的功能。这些都是典型分化 细胞的标志。
细胞分化示意图
组织、器 官、系统
个体
脊椎动物的发育从受精开始
• 卵细胞含有供形成胚胎所需的营养成分，受精触发后，精 子只提供小而致密的核，称为雄性原核，与雌性原核融合 • 受精卵的早期分裂称为卵裂 • 受精后30h，受精卵向子宫方向移动，并迅速进行卵裂 • 约在第三天，卵裂球形成由12-16个细胞，形似桑葚的桑 椹胚 • 当细胞由32-64个细胞组成时，桑椹胚内逐渐形成空隙， 形成中空的球形结构，叫胚泡 • 胚泡阶段，可以明显区分两种类型的细胞，胚极滋养层和 内细胞团
第三节 细胞分化的外在影响因素
一 胚胎诱导对细胞分化的作用
中胚层独立分化的能力最强，其诱导 分化的作用也就最强。中胚层可作用于 相应部位的外胚层或内胚层细胞，而导 致不同胚层细胞合成组织特异性蛋白质， 出现组织分化。
Hale Waihona Puke 第三节 细胞分化的外在影响因素
一 胚胎诱导对细胞分化的作用
l l l l 从诱导的层次上看，胚胎诱导可分成三级 初级诱导 次级诱导 三级诱导
第二节 胚胎细胞的分化
二 细胞质的作用
受精卵每次卵裂，细胞核内的物质， 包括基因组都均匀的分配到子细胞内， 所以子细胞中的遗传物质是相同的。但 受精卵细胞质各区的组分并不相同，卵 裂使不同的胞质组分分割进入各卵裂细 胞。
第二节 胚胎细胞的分化
二 细胞质的作用
从卵母细胞开始，细胞质或表面区 域就是不均质的，这种不均质性，对胚 胎的早期发育有很大影响，在一定程度 上决定细胞的早期分化。这些特殊物质 被称为决定子，决定子支配着细胞分化 途径。
• 例，蝾螈的外胚层形成神经组织便受到位于其下方的中胚 层的诱导。Spemann把一种灰色蝾螈早期原肠胚的胚孔背 唇(来源于中胚层）移植到另一种黑色蝾螈的原肠胚的囊 胚腔内，结果宿主胚胎形成两套神经系统，甚至能形成两 个完整的胚胎。这就是背唇的诱导作用。
第三节 细胞分化的外在影响因素 一 胚胎诱导对细胞分化的作用
第一节 细胞分化的基本概念
所以，细胞分化也就是一种类型的 细胞在形态结构、生理功能和生物化学 特性等方面，稳定的转变成多种不同类 型细胞的过程。 细胞分化过程中，细胞形态结构发 生变化的同时，生化特性和生理功能也 发生相应的变化，因此细胞的形态结构、 生化特性和生理功能可作为识别细胞分 化的3项指标。
第三节 细胞分化的外在影响因素 一 胚胎诱导对细胞分化的作用
• 如脊索中胚层诱导其表面覆盖的外胚层发育成神 经板，是初级诱导；神经板卷成神经管后，前段 膨大成原脑，其两侧突出的视杯再诱导视杯上方 的外胚层形成眼晶状体，是刺激诱导；晶状体再 诱导其表面的外胚层形成角膜，是三级诱导。
第三节 细胞分化的外在影响因素 一 胚胎诱导对细胞分化的作用
第 十 七 章
细胞分化与基因调控
细胞分化与基因调控
第一节 细胞分化的基本概念
第二节 胚胎细胞的分化
第三节 细胞分化的外在影响因素 第四节 细胞分化的基因表达 第五节 细胞分化与癌变
第一节 细胞分化的基本概念
细胞分化是指胚胎细胞分裂后未定型 的细胞，在形态和生化组成上向专一性 或特异性方向分化，或由原来较简单、 具有可塑性的状态向异样化稳定状态进 行分化的过程。 高等生物体都是由受精卵发育而成 的，在发育过程中，通过细胞增殖增加 细胞的数量，通过细胞分化形成不同类 型的细胞。
第一节 细胞分化的基本概念
• 比如，红细胞的血红蛋白，浆细胞的抗体和输卵管细胞的 血清蛋白 • 这是由于在特定细胞中，某些基因在一定时间内，选择性 的激活，因此，基因表达的调控是研究细胞分化的核心问 题。 • 只有了解基因调控的复杂机制后，才能在分子水平上阐明 细胞分化更精细的过程。
第二节 胚胎细胞的分化
• 皮肤由表皮和真皮组成，表皮来源于外胚层，真皮来源于 中胚层。皮肤上的羽毛，鳞片等衍生物是表皮细胞分裂， 合成特异性蛋白质的结果。表皮不同衍生物的合成是由真 皮控制的。如鸡的皮肤在背部和翅膀上有羽毛，而爪部有 鳞片，如果将胚胎爪部的表皮置换到胚胎背部，从爪部皮 肤发育出来的是羽毛，就不是鳞片。这说明，表皮形成的 衍生物取决于其下的真皮。
第二节 胚胎细胞的分化
一 胚胎细胞分化的潜能与决定
在发育过程中，各器官的预定区逐渐出现， 细胞分化的潜能进一步局限化。此时的细胞具 有演变成多种表型的能力，称为多能细胞。再 进一步就是向专能稳定型分化。因此细胞决定 是发育潜能逐渐局限化的过程，即选择基因表 达的过渡阶段，此时细胞虽然还没有可分辨的 分化特征，但已具备向某一特定方向分化的能 力。
第二节 胚胎细胞的分化 三 核质的相互作用
• 不同的分化细胞其细胞核中基因开放的类型不同 ，经转录和转译后在细胞质中形成不同类型蛋白 质，造成细胞质的异质性。细胞质的变化又反过 来作用于细胞核，二者的相互作用引导细胞分化 的进行。
第二节 胚胎细胞的分化
四 细胞分化的遗传基础
生物体的性状，包括细胞内的物质代谢变化， 都是遗传物质决定的。 • 实验证明生殖细胞和体细胞的决定受染色体物质 多少的控制，而染色体物质的正常与否又受到细 胞质的控制